專利名稱：一種半導體固態(tài)白光光源的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體材料與器件，特別是一種半導體固態(tài)白光光源的制 備方法。
背景技術(shù)：
人類的電光源照明起始于愛迪生發(fā)明的白熾燈，后來又陸續(xù)發(fā)明了低 壓鈉燈、熒光燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、三基色熒光燈、 緊湊型熒光燈和高頻無極燈等電光源。通常光源的評價標準有能效、光通 量、顯色指數(shù)、色溫等參數(shù)，其中光源能效的高低反應了其節(jié)電能力，半 導體固態(tài)白光光源具有高能效、長壽命等特點，被公認為是繼白熾燈、曰 光燈之后的第三代照明光源。目前在半導體照明領(lǐng)域，多采用發(fā)光二極管 做激發(fā)光源，激發(fā)相應的熒光粉獲得固態(tài)白光光源。以發(fā)光二極管為基礎(chǔ) 的白光光源有三個主要方案第一種是用藍光發(fā)光二極管激發(fā)黃色熒光 粉，熒光粉在藍光的激發(fā)下發(fā)射黃光，再與透出的部分藍光混合，由補色 原理而呈現(xiàn)白光，該方案制備的白光顯色指數(shù)比較低且白光參數(shù)隨溫度和 工作電流變化比較大；第二種是由紅綠藍三基色發(fā)光二極管直接混合成白 光，由于三個發(fā)光二極管的效率、光功率隨注入電流、溫度、時間等參數(shù) 不同步變化，因此要求比較高的控制電路；第三種是由紫外或近紫外發(fā)光
二極管激發(fā)紅綠藍三基色熒光粉，由于人視覺對紫外或近紫外光不敏感， 這種白光的顏色只由熒光粉決定，因此該方案顯色指數(shù)高且白光參數(shù)比較 穩(wěn)定。在以上這三種方案中，核心器件與熒光粉的發(fā)展水平都具有舉足輕 重的作用，與白光光源能效和光通量直接相關(guān)的是核心器件的電光轉(zhuǎn)換效 率和光輸出功率，紫外或近紫外發(fā)光二極管的光功率在高電流注入的情況 下趨于飽和，因此高功率高效率的發(fā)光二極管是目前最大的技術(shù)難點之 一。而本發(fā)明是采用半導體激光器代替發(fā)光二極管來激發(fā)熒光粉，獲得白 光光源。半導體激光器與發(fā)光二極管都屬于固態(tài)半導體光源。但本質(zhì)上的區(qū)別 在于發(fā)光二極管是一種自發(fā)輻射光源，而半導體激光器是由注入有源區(qū) 的過剩載流子的受激輻射形成的激光光源。與發(fā)光二極管相比，半導體激 光器更容易做到高效率高光功率輸出，核心器件電光轉(zhuǎn)換效率和光輸出功 率的提高會直接帶來白光光源能效和光通量的提高；且半導體激光器的輸 出光斑易于整形甚至耦合進入光纖輸出，既可以使核心器件單獨制冷，避 免高溫帶來核心器件和熒光粉效率的下降，也可以制備具有特殊用途的白 光光源。因此本發(fā)明采用近紫外光半導體激光器激發(fā)紅綠藍三基色熒光粉 來制備固態(tài)白光光源。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備半導體固態(tài)白光光源的方法，具有以下 優(yōu)點所制備的白光光源具有較高能效和較高光通量；可單獨對核心器件
進行溫控制冷，避免高溫時器件和熒光粉發(fā)生退化；可制備出很小尺寸、 具有特殊用途的白光光源。具體制備工藝包含以下步驟
1 )將半導體激光器芯片用焊料燒結(jié)在熱沉上，將熱沉燒結(jié)到基板上，
再將散熱基板，并固定在激光器管殼上；
2) 把紅色、綠色、藍色三基色熒光粉均勻混合，通過透明硅膠或環(huán) 氧樹脂將帶有熒光粉的膠體固化在透明薄片上；
3) 將熒光粉的膠體直接與半導體激光器固定，完成半導體固態(tài)白光 光源的制作。
進一步，在激光器和熒光粉的膠體之間放入非球面透鏡或透鏡組，將 激光器的光斑會聚一點后再激發(fā)熒光粉，用以制備高亮度的點光源器件。
進一步，在激光器和熒光粉的膠體之間放入非球面透鏡或透鏡組，將 激光器的光斑發(fā)散后再激發(fā)熒光粉，用以制備亮度均勻的面光源。
進一步，在激光器和熒光粉的膠體之間放入非球面透鏡或透鏡組，可 通過非球面透鏡或透鏡組將激光器的光斑會聚到光纖的一個端面后，再激 發(fā)熒光粉，用以制備高亮度高方向性的光源。
進一步，所述半導體激光器芯片為激射波長位于近紫外的半導體激光器。進一步，所述熒光粉為在半導體激光器的激發(fā)下能發(fā)出白光的熒光
粉，
進一步，所述熒光粉為紅色、綠色、藍色三基色按1 20: 1 20: l 20比例混合的熒光粉。
進一步，所述透鏡雙面蒸鍍增透膜。
本發(fā)明是一種制備半導體固態(tài)白光光源的方法，其特征在于，用激射 波長位于近紫外光的半導體激光器代替常規(guī)的發(fā)光二極管做激發(fā)光源，來 激發(fā)紅色、綠色和藍色三基色混合后的熒光粉，使其發(fā)白光。其優(yōu)點在于 以下三點，首先半導體激光器更容易做到高功率和高電光轉(zhuǎn)換效率輸出， 而核心器件性能的提高將直接導致所制備的白光光源性能的提高；第二， 這個設(shè)計方案是將熒光粉與激發(fā)光源的芯片隔離，避免了熒光粉因器件發(fā) 熱而導致發(fā)光效率的下降；若根據(jù)應用需要，當器件工作在高電流高溫度
環(huán)境時，由于固定熒光粉的金屬套筒和半導體激光器緊密相連，使激光器 芯片和熒光粉同時進行溫控制冷，避免了在高溫或高注入電流工作時器件 輸出功率和電光轉(zhuǎn)換效率的下降，同時也能避免高溫時熒光粉發(fā)光效率的
下降；第三，半導體激光器的光斑很容易整形，甚至可耦合進入光纖輸出， 可以用這個方法可制備具有特殊用途的固態(tài)白光光源。
圖1為半導體激光器芯片的燒結(jié)方式；
圖2為半導體激光器直接激發(fā)熒光粉片的白光示意圖3為半導體激光器的出射光經(jīng)會聚后激發(fā)熒光粉片的白光示意圖4為半導體激光器的出射光經(jīng)發(fā)散后激發(fā)熒光粉片的白光示意圖5為半導體激光器的出射光經(jīng)光纖耦合后激發(fā)熒光粉片的白光示意圖。
具體實施例方式
為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明 作一詳細的描述。
請參閱圖1 圖5，本發(fā)明是一種用半導體激光器為核心器件，來激發(fā)紅色、綠色、藍色三基色熒光粉來制備各種形式固態(tài)白光光源的方法，其 具體的制備工藝包括以下步驟
(1 )將制備好的近紫外半導體激光器芯片1用具有高導熱能力的焊 料燒結(jié)在具有高散熱能力的熱沉2上，熱沉材料可包括硅熱沉、碳化硅熱 沉、金剛石熱沉等，再將熱沉燒結(jié)到具有高散熱能力的基板3上，基板可 由鋁、銅、硅等材料制成，如圖1所示。再將散熱基板固定在激光器管殼 上，這里的激光器管殼可以是標準TO管殼4，也可以是其他設(shè)計形式的
t士 冗。
(2) 把紅色、綠色、藍色三基色熒光粉依一定比例(1-20: 1-20:
1-20)混合均勻，通過透明硅膠或環(huán)氧樹脂將帶有熒光粉的膠體固化在透
明薄片上或某一特殊形狀的容器中。
(3) 如圖2，若制備無特殊要求的固態(tài)白光光源，可將熒光粉的膠體 7裝入外邊緣帶螺紋的金屬小套筒6上，將帶有熒光粉的金屬小套筒旋入 金屬大套筒8里。
(4) 如圖3，若需要制備高亮度的點光源器件，可將具有會聚作用的 非球面透鏡或透鏡組裝入外邊緣帶螺紋的金屬小套筒5里，再把帶有透鏡 的金屬小套筒5旋入里邊緣帶螺紋的金屬大套筒8，給激光器加電，根據(jù) 要求的光斑調(diào)整好金屬小套筒5的位置，再將熒光粉的膠體7裝入外邊緣 帶螺紋的金屬小套筒6上，將帶有熒光粉的金屬小套筒旋入金屬大套筒8 里，并將位置調(diào)整到焦點上。
(5) 如圖4，若需要制備亮度均勻的面光源，可將具有發(fā)散作用的非 球面透鏡或透鏡組裝入外邊緣帶螺紋的金屬小套筒5里，再把帶有透鏡的 金屬小套筒5旋入里邊緣帶螺紋的金屬大套筒8，給激光器加電，根據(jù)要 求的光斑調(diào)整好金屬小套筒5的位置，再將熒光粉的膠體7裝入外邊緣帶 螺紋的金屬小套筒6上，將帶有熒光粉的金屬小套筒旋入金屬大套筒8里， 并將位置調(diào)整好。
(6) 如圖5，若需要制備高亮度高方向性的光源，可將具有會聚作用 的非球面透鏡或透鏡組裝入外邊緣帶螺紋的金屬小套筒5里，再把帶有透 鏡的金屬小套筒5旋入里邊緣帶螺紋的金屬大套筒8，給激光器加電，根 據(jù)要求的光斑調(diào)整好金屬小套筒5的位置，并將光纖的一端通過金屬套筒6固定在光源的焦點上，另一端可直接把熒光粉7固化在光纖端面上。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想 到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保 護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1. 一種半導體固態(tài)白光光源的制備方法，其特征在于，該方法包括1)將半導體激光器芯片用焊料燒結(jié)在熱沉上，將熱沉燒結(jié)到基板上，再將散熱基板，并固定在激光器管殼上；2)把紅色、綠色、藍色三基色熒光粉均勻混合，通過透明硅膠或環(huán)氧樹脂將帶有熒光粉的膠體固化在透明薄片上；3)將熒光粉的膠體直接與半導體激光器固定，完成半導體固態(tài)白光光源的制作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在激光器和熒光粉的 膠體之間放入非球面透鏡或透鏡組，將激光器的光斑會聚一點后再激發(fā)熒 光粉，用以制備高亮度的點光源器件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在激光器和熒光粉的 膠體之間放入非球面透鏡或透鏡組，將激光器的光斑發(fā)散后再激發(fā)熒光 粉，用以制備亮度均勻的面光源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在激光器和熒光粉的 膠體之間放入非球面透鏡或透鏡組，可通過非球面透鏡或透鏡組將激光器 的光斑會聚到光纖的一個端面后，再激發(fā)熒光粉，用以制備高亮度高方向 性的光源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述半導體激光器芯 片為激射波長位于近紫外的半導體激光器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熒光粉為在半導 體激光器的激發(fā)下能發(fā)出白光的熒光粉，
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述熒光粉為紅色、 綠色、藍色三基色按1 20: 1 20: 1 20比例混合的熒光粉。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的方法，其特征在于，所述透鏡雙 面蒸鍍增透膜。
全文摘要
本發(fā)明是一種制造半導體固態(tài)白光光源的方法，包含一個發(fā)光波長位于近紫外的半導體激光器芯片，將其出射的激光用來做激發(fā)光源，激發(fā)由紅色、綠色、藍色三基色按照一定比例混合后的熒光粉，由此制備固態(tài)白光光源。由于半導體激光器的光斑易整形為均勻的發(fā)散光或是會聚一點的高亮度光源，并且還可與光纖進行耦合輸出，可用與某些具有特殊要求的應用領(lǐng)域。該固態(tài)白光光源可廣泛應用于投影、電視等彩色顯示裝置的背光源、普通白光照明以及具有特殊要求的白光照明領(lǐng)域。
文檔編號H01S5/00GK101471533SQ20071030421
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者宋國峰, 張書明, 云 徐, 李玉璋, 王玉平, 陳良惠 申請人:中國科學院半導體研究所